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従来の下水管は排出源から処理場まで廃水を物理的に運搬するための機能しか有していない。下水の流下過程において、溶存性有機物の生物変換を行うことができれば、下水処理場の負荷低減に繋がる。本研究では、多孔質担体により微生物を固定化した模擬下水管を作成し、模擬下水管の物理的特性、形成された固定化微生物叢の生物学的特性、および模擬下水管による模擬廃水の処理特性を解析した。
焼成珪藻土のレンガを幅2cm×長さ1mの直方体流路の底部に5mmの厚みで張り詰めることにより、微生物を高濃度で固定化した模擬下水管を作製した。微生物を固定化する過程で循環水の溶存酸素(DO)濃度の減少速度から固定化微生物の呼吸活性を評価したところ、その値が固定化開始4週間は増大するが、その後は一定になった。
微生物を固定化した模擬下水管底部に形成された微生物膜の構造解析を行ったところ、厚みが2.5〜5mmあり、緻密な層と不均一な層から構成されていた。また、微小電極を用い微生物膜内のDO濃度を測定したところ、緻密な層は循環水の組成に関わらず嫌気的であり、不均一層は微生物膜表層から内部に向かってDOが減少した。このようなDO濃度を基準とした微生物膜の2層構造は、全有機炭素(TOC)の変換ばかりでなく、アンモニア態窒素の硝酸化反応および脱窒反応の同時進行に有効であることが示された。
以上の結果より、下水管底部に焼成珪藻土のような多孔質担体を張り詰め、微生物を固定化すると、廃水の流下過程で溶存性有機物と窒素の同時除去ができることを明らかになり、本システムが下水処理場の負荷低減に寄与出来るものと期待される。
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